CN105554498B - 视频编码方法和视频编码器*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了视频编码方法和视频编码器***。输入视频帧被编码成输出视频帧序列,输出视频帧序列被布置为成组图片。每个输入视频帧利用相应的压缩值被编码成输出视频帧,且该输出视频帧序列中的每组图片具有由包含在该组图片中的多个帧定义的GOP长度。对于第一输入视频帧,确定所述输入视频帧中的运动水平和光水平。如果所述光水平低于预定阈值,则利用预定不变GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。如果所述光水平高于预定阈值,则利用作为所述运动水平的减函数的GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。

Description

视频编码方法和视频编码器***
技术领域
本发明涉及对数字视频数据编码的方法。此外,本发明涉及用于对视频数据进行编码的数字视频编码器***。
背景技术
在数字视频***例如网络摄像机监控***中,视频序列在使用各种视频编码方法传输之前被压缩。在很多数字视频编码***中,两个主要模式用于压缩一序列视频帧的视频帧:帧内模式和帧间模式。在帧内模式中,通过采用单个帧的给定信道中的像素的空间冗余经由预测、转换和熵编码来对亮度信道和色度信道编码。已编码的帧被称为I帧。而帧间模式采用单独的帧之间的时间冗余,并依赖于运动补偿预测技术,运动补偿预测技术通过编码从选定的像素块中的一个帧到另一帧的像素运动,来从一个或多个前面解码的帧中预测部分帧。已编码的帧可被称为P帧(正向预测的帧)或B帧(双向预测的帧),P帧可以指采用解码顺序的前面帧,B帧可以指两个或更多个前面解码的帧,并可具有用于预测的帧的任何***示顺序关系。
在经编码的视频序列的接收地点处,经编码的帧被解码。在网络摄像机监控***中关心的问题是用于传输经编码的视频的可用带宽。这在使用大量摄像机的***中尤其如此。例如当将图像存储在摄像机中的机载SD卡上时,出现关于图像的存储的类似的问题。必须进行折衷,其中可用带宽和高质量图像的重要性保持平衡。已经利用多种方法和***来控制编码,以便降低从摄像机传输的比特率。这些已知的方法和***通常应用比特率限制,并控制编码,使得从摄像机的输出比特率总是低于比特率限制。以这种方式,可确保可用带宽是足够的,使得在***中的所有摄像机可将它们的视频序列传输到接收地点,例如控制中心,其中操作员可监控来自***的摄像机的视频,且其中视频可以被记录,用于以后使用。然而,将比特率限制应用于所有摄像机有时可导致不合意地低的图像质量,这是因为比特率限制可能需要包括很多细节的图像的严重压缩,而不考虑在被监控的场景中发生什么。例如,当在场景中有运动时得到较高的图像质量例如以便能够识别侵入者将是有利的,而比特率限制将导致更严重的压缩,从而当在所捕获的场景中有运动时,降低图像质量。
发明内容
本发明的目的是提供对数字视频数据进行编码的、用于改进上面提到的现有技术的方法以及数字视频编码器***。
本发明的特定目的是提供对数字视频数据编码的方法和数字视频编码器***,其使得将输出比特率限于可用带宽变得可能,同时仍然实现在所捕获的场景中的临时运动的高质量视频的传送。
根据第一方面,上面提到的目的全部或至少部分地由对与输入视频帧序列相对应的数字视频数据进行编码的方法来实现,其中所述输入视频帧被编码成输出视频帧序列,输出视频帧序列被布置为成组图片,每组图片包括帧内编码帧以及零个或多个后续帧间编码帧,每个输入视频帧使用相应的压缩值被编码成输出视频帧,所述输出视频帧序列中的每组图片具有由包含在该组图片中的帧的数量定义的GOP长度,该方法包括:对于第一输入视频帧,确定所述输入视频帧中的运动水平和光水平,如果所述光水平低于预定阈值,则使用预定不变GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码,如果所述光水平高于预定阈值,则使用作为所述运动水平的减函数的GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。
以这种方式,当在场景中有很少光时,可通过固定GOP长度并应用高压缩值来降低输出比特率。因而产生的图像质量降低将通常是可接受的,这是因为暗场景在大部分情况下无论如何都不能提供详细的信息。当有运动且场景是亮时,例如在白天户外期间或在明亮的房间中,更高的比特率被允许以便提供更详细的信息。这种方法实现带宽的有效使用,而无需应用任何比特率目标或限制。
光水平可被确定为信噪比和光强中的至少一个。
在该方法的一个变形中,如果所述光水平低于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最小运动水平时,利用预定最大压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。因此,可在所捕获的场景暗且有很少或没有运动时实现特别低的比特率。
如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述光水平是预定最大光水平时,可利用预定最小压缩值对所述第一输入视频帧编码。以这种方式,当所捕获的场景亮时,其暗示有很少噪声,并导致图像有可能提供高水平的细节,则可提供高质量图像。
在该方法的一个变形中,如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最大运动水平时,利用预定最小GOP长度对所述第一输入帧编码。因此,当在所捕获的场景中有高水平的运动时可提供高质量视频序列。
如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最小运动水平时,可使用预定最大GOP长度。以这种方式,当在所捕获的场景中有很少或没有运动时可实现低比特率。
该方法可进一步包括以作为所述运动水平的增函数的输出帧速率对该输入视频帧序列进行编码。因此,当在所捕获的场景中有很少或没有运动时可实现低比特率,且当在场景中有高运动的水平时,提供更流畅的视频序列,以提供更多的信息。
如果第二输入视频帧的运动水平与所述第一输入视频帧的运动水平相差第一阈值变化量,则该方法可进一步包括将输出帧速率改变预定帧速率量。以这种方式,可监控输入视频帧中的运动水平,且当运动水平改变时,帧速率可适应。例如,如果摄像机正编码并以非常低的帧速率例如1fps传输帧,则因为在所捕获的场景中没有运动,可以比帧被编码和传输的帧速率更频繁地检查输入视频帧的运动,且如果运动被检测到,则输出帧速率可立即增加,即使自最后的帧被编码过去不到1s。因此,可降低场景中的运动被丢失的风险。
该方法可进一步包括:对于所述第一输入视频帧之后的第二输入视频帧,相对于第一输入视频帧,检查光水平是否改变了第一阈值变化量。以这种方式,如果场景中的光水平大致上与以前相同,则不需要重新计算压缩值,从而使该方法在计算上特别有效变得可能。
如果相对于第一输入视频帧,光水平没有改变所述阈值变化量,则在所述第二输入视频帧的第二运动水平与所述第一输入视频帧的第一运动水平相差第二阈值变化量时,所述第二输入视频帧可使用基于所述第二运动水平计算的GOP长度被编码。因此,GOP长度可适于改变运动水平,甚至在当前组的图片完成之前。
根据第二方面,上面提到的目的全部或至少部分地由用于对与输入视频帧序列相对应的视频数据进行编码的数字视频编码器***来实现,数字视频编码器***包括:编码器模块,被布置成将输入视频帧处理成帧内编码帧或帧间编码帧,帧内编码帧或帧间编码帧被布置为成组图片,每组图片包括帧内编码帧以及零个或多个后续帧间编码帧;光确定模块,被布置成确定输入视频帧中的光水平;运动确定模块,被布置成确定输入视频帧中的运动水平;压缩值设置模块,被布置成设置用于对输入视频帧编码的压缩值;GOP长度设置模块,被布置成将GOP长度设置为包含在一组图片中的帧的数量,所述GOP长度设置模块被布置成如果所述光水平低于预定阈值则设置预定不变GOP长度,所述压缩值设置模块被布置成如果所述光水平低于预定阈值则设置作为所述光水平的减函数的压缩值,所述GOP长度设置模块被布置成如果所述光水平高于所述预定阈值则设置作为所述运动水平的减函数的GOP长度,以及所述压缩值设置模块被布置成如果所述光水平高于所述预定阈值则设置作为所述光水平的减函数的压缩值。
使用这样的编码器***,当在场景中有很少光时,可通过固定GOP长度并应用高压缩值来降低输出比特率。如已经提到的,因而产生的图像质量降低将通常是可接受的,这是因为暗场景在大部分情况下无论如何都不能提供详细的信息。当有运动且场景亮时,例如在白天户外期间或在明亮的房间中,更高的比特率被允许,以便提供更详细的信息。本发明的编码器***实现带宽的有效使用,而无需应用任何比特率目标或限制。
数字视频编码器***可进一步包括被布置成设置输入视频帧被编码的帧速率的帧速率设置模块。因此,编码器***可进一步控制输出比特率。
在一个实施例中,所述光确定模块包括照度计。照度计可提供用于确定输入视频帧中的光水平的实际手段。
光确定模块可被布置成确定输入视频帧中的信噪比。这也可以是确定输入视频图像中的光水平的实际方式,这是因为暗场景的图像将通常比亮或明亮的场景的图像包含更多的噪声。
根据第三方面,上面提到的目的全部或部分地由包括根据第二方面的数字视频编码器***的摄像机来实现。
根据第四方面,上面提到的目的全部或部分地由包括具有指令的计算机可读存储介质的计算机程序产品来实现,指令适合于当被处理器执行时实现根据第一方面的方法。
从下面给出的详细描述中,本发明的可应用性的另外的范围将变得明显。然而,应理解,详细描述和特定的示例——虽然指示本发明的优选实施例——仅作为例证被给出,因为从这个详细描述中,在本发明的范围内的各种变化和修改将对本领域中的技术人员变得明显。
因此,应理解,本发明不限于所述设备的特定部件部分或所述方法的步骤,因为这样的设备和方法可改变。也应理解,在本文使用的术语仅是为了描述特定的实施例的目的,且并不旨在是限制性的。必须注意,如在说明书和所附权利要求中使用的,冠词“一个”、“该”和“所述”意欲指有一个或多个元件,除非上下文另外清楚地指示。因此例如,对“一个物体”或“该物体”的提及可包括几个物体等。此外,词“包括”并不排除其它元件或步骤。
附图说明
现在将通过示例并参考示意性附图更详细地描述本发明,其中:
图1是用于捕获场景的摄像机的图示;
图2是示出根据本发明的变形用于对数字视频数据编码的方法的步骤的流程图;
图3是根据本发明的一个变形而编码的视频序列的图示;
图4是根据本发明的一个变形而编码的另一视频序列的图示;
图5a至图5c是示出压缩值和GOP长度可如何根据光水平和运动水平而改变的示例的曲线图;以及
图6是示出根据本发明的另一变形的额外步骤的流程图;以及
图7是根据本发明实施例的数字视频编码器***的表示。
具体实施方式
本发明基于发明人已实现的对降低总输出比特率有益同时实现其中有运动的场景的高质量图像的多个原理。
这些原理之一是,编码时使用的GOP长度应取决于在待编码的帧中的运动水平。因此,当有很少或没有运动时,应使用长GOP长度,而当有高水平的运动时,应使用短GOP长度。
第二原理是,当在场景中有很少光时,GOP长度应不再根据运动水平而改变。这是因为当有很少光时,在图像中将有更多的噪声,即信噪比将较低。因此,存在噪声被解释为运动的风险,产生高比特率,甚至对没有实际运动的场景。为了解决该问题,当光水平低于预定阈值时,应使用预定的不变GOP长度。
第三原理是,编码时使用的压缩值应取决于待编码的帧中的光水平。因此,当在场景中有很少光时,应使用高压缩值,而当有很多光时,应使用低压缩值。以这种方式,当在场景中有很多光时可提供高质量图像。当所捕获的场景太暗而不能透露有用的信息时,图像质量较低,从而降低输出比特率。
通过在对数字视频数据编码时应用这三个原理,输出比特率可大体上降低,同时当在所捕获的场景中有运动时仍然提供高质量图像。本发明的方法和***可能在使用大量***的数字视频***中特别有用,这是因为通常在由所有摄像机同时捕获的场景中没有运动。因此,可以更有效地使用可用带宽,这是因为从用于在给定时刻捕获没有运动的场景的摄像机的输出比特率可降低,且用于同时捕获有运动的场景的摄像机可被允许使用更多的可用带宽。
除了三个上面提到的以外还可应用的第四原理是,图像帧被编码的帧速率应取决于运动水平。因此,当有很少或没有运动时,帧速率应低,而当有高水平的运动时,帧速率应高。这可增加由首先提到的这三个原理提供的比特率灵活性,这是因为用于捕获很少或没有运动的场景的摄像机可以以非常低的帧速率传输经编码的图像帧,从而只使用可用带宽的一小部分,而用于捕获较高水平的运动的场景的摄像机可以以较高的帧速率传输经编码的图像,从而被允许使用更多的可用带宽。
现在将通过示例首先参考图1进一步描述本发明,图1示出用于捕获场景2的摄像机1。转到图2,当对第一输入图像帧编码时,在第一步骤S1中,确定帧中的光水平Vlight。这可通过确定信噪比、通过确定场景中的光强或这两者来完成。光强的确定又可例如使用集成在摄像机的壳体中或在摄像机的壳体外部的照度计来执行。可替代地或此外,光强可通过从来自用于捕获场景的传感器的图像数据中提取信息来确定。例如,传感器数据可被转换成YCbCr颜色空间,且Y或亮度分量可用作光强。
接着在步骤S2中,计算作为光水平Vlight的函数的压缩值QP。压缩值QP可以例如是在H.264压缩格式中使用的量化参数。压缩值QP作为光水平Vlight的减函数被计算。因此,如果光水平Vlight高,意味着所捕获的场景亮,则压缩值QP将是低的,使得第一图像未被深度压缩,但可提供高水平的细节。另一方面,如果光水平Vlight低,意味着所捕获的场景暗,则压缩值QP将是高的,使得第一图像被较深度地压缩,从而以降低输出图像的质量为代价降低输出比特率。这个折衷通常是可接受的,因为暗场景通常不提供很多信息。
如果所计算的压缩值QP大于或等于预定值,指示光水平低于或等于预定阈值,则GOP长度、即待编码的图片组的长度被设置为预定不变值。作为示例,压缩值QP的预定值可以是在一个标度上的35,其中QP=0表示最小压缩而QP=50表示最大压缩,并且GOP长度的预定不变值可以是128,意味着在该图片组中有一个帧内编码帧和127个后续帧间编码帧。在这个示例中,最长可允许的GOP长度是255,且最短可允许的GOP长度是1,意味着只有帧内编码帧被编码。
另一方面,如果所计算的压缩值QP低于预定阈值,则在步骤S4中,确定第一图像帧中的运动水平Vmotion。运动水平可通过确定当前图像帧与一个或多个前面的图像帧之间的像素差并将改变的像素的数量取为运动水平的度量来确定。可替代地,可使用本身已知的更复杂的运动检测算法。
在步骤S5中,编码时使用的GOP长度LGOP作为运动水平Vmotion的减函数被计算。因此,如果运动水平Vmotion低,则GOP长度LGOP将是长的,意味着在帧内编码帧之间有很多帧间编码帧,且如果运动水平Vmotion高,则GOP长度LGOP将是短的,意味着在帧内编码帧之间有很少或甚至没有帧间编码帧。
于是,当GOP长度LGOP由于所捕获的场景是暗的而被设置为不变值,或如果场景是亮的而被设置为运动水平的函数时,在步骤S6中第一图像被编码为帧内编码帧。
对于下一输入图像帧,即第二输入图像帧,确定是否应检查场景变化。该方法可被设置为检查每个输入图像帧的变化,或可被设置为不频繁地例如每两个或四个输入图像帧进行检查。这个频率可由用户可调节或可被预先设置。
如果对于第二输入图像帧检查场景,则在步骤S8中确定光水平Vlight的改变是否大于阈值变化量。如果答案是肯定的,则通过返回到步骤S2,计算作为光水平Vlight的减函数的新压缩值QP。
然而,如果光水平Vlight没有改变,则不需要计算新压缩值QP。该方法然后继续进行到步骤S9,在步骤S9中,确定运动水平Vmotion的改变是否大于预定阈值变化量。如果答案是肯定的,则通过返回到步骤S5,计算作为运动水平Vmotion的减函数的新GOP长度LGOP
如果运动水平Vmotion没有改变,则在步骤S10中第二输入图像帧被编码为帧间编码帧。
在步骤S11中,通过比较GOP长度LGOP的当前值与在当前图片组中编码的图片的数量来检查当前图片组是否完成。如果还没有到达该图片组的末尾,则该方法返回到步骤S7并确定是否应检查场景变化。另一方面,如果该图片组完成,则该方法返回到步骤S6,以使用压缩值QP和GOP长度LGOP的当前值将第三输入图像帧编码为帧内编码帧。
图3示出输入图像帧的视频序列(图3的顶行)和对应的经编码的输出图像帧的视频序列(图3的底行)的示例。现在将给出多个示例,以便进一步示出本发明方法。在这些示例中,在0到10的标度上测量光水平Vlight,其中0表示非常暗的场景,而10表示非常亮的场景。运动水平也在0到10的标度上测量,其中0表示没有运动,而10表示很多运动。所使用的最小GOP长度LGOP,min将是32,而最大GOP长度LGOP,max将是255。在这些示例中,不变GOP长度LGOP,const被设置为128。如果光水平低于预定阈值Vlight,th,则将使用该不变GOP长度。在这些示例中,阈值Vlight,th将是3。压缩值QP将是在H.264格式中使用的量化参数。所使用的最小压缩值QPmin将是20,而最大压缩值QPmax将是43。
示例1
Vlight=Vlight,min=0
Vmotion=Vmotion,min=0
在图3中使用附图标记101标记的这个输入图像帧中,光水平是最小值,意味着所捕获的场景被考虑为完全暗的,或暗的不足以传送详细信息。此外,在场景中没有运动。使用图2所示的原理,然后针对当前输入图像帧101计算下面的值:
QP=QPmax=43
LGOP=LGOP,const=128
因为光水平Vlight低于阈值Vlight,th,因此GOP长度不根据运动水平而改变,但将被设置为不变值LGOP,const。可注意到,在图2中,所使用的决定因素是压缩值QP是否低于或高于35。然而,因为压缩值QP作为光水平Vlight的减函数被计算,这对应于光水平Vlight分别高于或低于3。因此,是否检查光水平Vlight或是否检查作为光水平Vlight的函数被计算的压缩值QP以便确定如何建立GOP长度,已不重要。使用这些值将输入图像帧101编码成输出图像帧201。输出帧201应是第一组图片GOP1中的第一个,因此当前输入图像帧101被编码为I帧。否则,它将被编码为P帧。
示例2
Vlight=5
Vmotion=Vmotion,min=0
在图3中被标为102的这个输入帧中,有较多的光,但仍然没有运动。基于这些确定,计算下面的值:
QP=27
LGOP=LGOP,max=255
在这里,光水平高于阈值Vlight,th,且因此GOP长度作为运动水平Vmotion的函数被计算。这些所计算的值然后用于将第二输入图像帧102编码成第二输出图像帧202。这个输出图像帧202应是第一组图片GOP1中的最后一个,因此第二输入图像帧102被编码为P帧。
示例3
Vlight=5
Vmotion=5
在图3中被标为103的这个图像帧中,光水平Vlight与在示例2中相同,但现在在场景中有一些运动。基于当前光水平和运动水平,计算下面的值:
QP=27
LGOP=64
当将第三输入图像帧103编码成第三输出图像帧203时使用所计算的压缩值QP和GOP长度LGOP。这个输出图像帧位于沿第二组图片GOP2的某个地方,因此第三输出图像帧103被编码为P帧。
示例4
Vlight=Vlight,max=10
Vmotion=Vmotion,max=10
在这个示例中,被表示为104的输入图像帧具有最大光水平和最大运动水平。基于这些确定,计算下面的值:
QP=QPmin=20
LGOP=LGOP,min=32
这些值用于将第四输入图像帧104编码成第四输出图像帧204。输出图像帧204应是在第二组图片GOP2中的最后一个,因此第四输入图像帧104使用帧间模式被编码为P帧。
现在转到图4,将给出另一示例,以便解释变化的帧速率的使用。图4描绘输入图像帧的视频序列(图4的顶行)和经编码的输出图像帧的视频序列(图4的底行)。
示例5
在这个示例中,除了关于图2和上面的示例已经讨论的原理以外,还使用根据运动水平来控制输出帧速率的原理。当编码第一图像帧1001时,确定运动水平和光水平,并基于此建立待使用的压缩值和GOP长度。然而,运动水平也用于确定图像帧被编码的输出帧速率。在这个图像帧1001中,具有第一运动水平,且输出帧速率被设置为第一输出帧速率。这个第一输出帧速率低于图像被摄像机1的传感器捕获的输入帧速率。在这个示例中,输入帧速率是30fps,而第一输出帧速率是15fps。第一输入图像帧1001被编码为I帧2001。
当捕获下一输入图像帧1002时,确定那个图像帧1002中的运动水平。该第二运动水平本质上与第一运动水平相同,即从第一输入图像帧1001到第二输入图像帧1002,运动水平的改变不大于阈值变化量。因此,图像帧被编码的输出帧速率不改变。因为输入帧速率是第一输出帧速率的两倍高,因此这个第二输入图像帧未被编码。
当捕获第三输入图像帧1003时,确定运动水平和光水平,并建立用于编码的压缩值和GOP长度。运动水平通常保持等于第一运动水平,因此输出帧速率与前面的图像帧的输出帧速率保持相同。第三输入图像帧被编码为P帧2003。
对于第四输入图像帧1004,再一次确定运动水平,且与前一输入图像帧1003比较,改变不大于阈值变化量。因此,输出帧速率被维持,且第四输入图像帧1004未被编码。
当已捕获到第五输入图像帧1005时,运动水平和光水平被确定为第五运动水平和第五光水平。这个第五运动水平高于前面的输入图像帧中的运动水平,并与前面的帧相比增加了阈值变化量以上。因此,建立图像被编码的第五输出帧速率。在这个示例中,第五输出帧速率等于输入帧速率,即30fps。此外,第五运动水平使得第五GOP长度短于针对前面的图像帧所使用的GOP长度,使得开始新的图片组。第五输入图像帧1005因此被编码为I帧2005。
对于后面的输入图像帧1006、1007和1008,使用相同的程序。在这里,运动水平不下降,且第五输出帧速率因此被保持。在这里注意,即使运动水平应进一步增加,输出帧速率仍不能增加,因为它现在已经等于输入帧速率。直到当前图片组结束,输入图像帧1006、1007和1008被编码为P帧2006、2007和2008。
现在将参考图5a、5b和5c,其示出压缩值可如何根据光水平而改变(图5a)以及GOP长度可如何根据运动水平而改变(图5b和图5c)的曲线图。压缩值QP作为待编码的图像帧中的光水平的减函数被确定。依赖性可遵循在图5a中用虚线标记的线性函数。然而,在上面的示例中,依赖性遵循用图5a中的实线标记的稍微不同的函数。如在这里可看到的,在最小光水平Vlight,min下,压缩值QP取最大值QPmax,而在最大光水平Vlight,max下,压缩值QP取最小值QPmin
在图5b中,GOP长度LGOP被示为其中光水平Vlight高于预定阈值的输入图像帧的运动水平Vmotion的函数。如在上面所述的示例中的,这个阈值是3。类似于关于图5a所讨论的内容,光水平Vlight与GOP长度LGOP之间的关系可以是线性的(虚线),但在上面给出的示例中,函数稍微偏离于线性(实线)。如在任一情况中示出的,对于最小运动水平Vmotion,min,GOP长度LGOP取最大值LGOP,max。对于最大运动水平Vmotion,max,GOP长度LGOP取最小值LGOP,min
现在转到图5c,这个曲线图示出了其中光水平Vlight低于或等于预定阈值3的输入图像帧的光水平Vlight与GOP长度之间的关系。对于这样的暗图像帧,使用不变GOP长度LGOP,const,而不考虑运动水平是什么。
参考图6,现在将描述上述方法的变形。使用该方法的这个变形,可对于具有良好的光条件但很少运动的图像实现进一步的比特率节省。在这里示出图2所示的流程图的部分,即步骤S4、S5和S6。图2的先前步骤和随后的步骤保持不变,且因此不在这里示出和讨论。在图6所示的变形中,如果在步骤S5中设置的GOP长度LGOP等于或高于64,则添加额外的步骤S5’。这暗示在场景中有很少运动。为了降低输出比特率,对压缩值使用限制。因此,如果前面计算的压缩值QP高于26,则压缩值QP被重置到26。因为在场景中有很少运动,随后发生的图像质量降低将通常是观察者可接受的。如果前面计算的压缩值低于26,则它不改变。当压缩值QP在步骤S5’中被降低或维持时,该方法继续进行以在步骤S6中对图像帧编码。如果在步骤S5中计算的GOP长度LGOP低于64,则该方法继续进行,以在步骤S6中对图像帧编码,而不应用任何压缩值上限。
图7是根据上述方法可用于对数字视频数据编码的数字视频编码器***3的示意图。因此,编码器***具有被布置成确定在输入视频帧中的光水平Vlight的光确定模块4和被布置成确定输入视频帧中的运动水平Vmotion的运动确定模块5。编码器***3进一步包括被布置成设置用于对输入视频帧编码的压缩值QP的压缩值设置模块6。编码器***3还包括被布置成将GOP长度LGOP设置为包含在一组图片中的帧的数量的GOP长度设置模块7。GOP长度设置模块7被布置成如果光水平Vlight低于预定阈值Vlight,th则设置预定不变GOP长度LGOP,const。此外,GOP长度设置模块7被布置成如果光水平Vlight高于预定阈值Vlight,th则设置作为运动水平的减函数的GOP长度LGOP,const。压缩值设置模块6被布置成设置作为光水平的减函数的压缩值QP。
编码器***3进一步包括被布置成设置输入图像帧被编码的帧速率的帧速率设置模块8。帧速率设置模块8被布置成将帧速率设置为运动水平Vmotion的增函数。
编码器***3可集成在摄像机1中,或可被体现为可操作地连接到摄像机1的单独单元。
光确定模块4可包括照度计,其可布置在摄像机1的壳体中或可与摄像机1分离。可替代地或此外,光确定模块4可使用来自摄像机1的传感器的图像数据来确定输入图像帧中的光强。
编码器***3的操作通常可根据关于图2至图5描述的编码方法。
编码器***3可被体现为硬件、固件或软件或为组合。本发明可采用包括具有指令的计算机可读存储介质的计算机程序产品的形式来体现,指令当被处理器执行时适于执行根据本发明的方法。
将认识到,本领域中的技术人员可以以很多方式修改上面描述的实施例,并仍然使用如在上面的实施例中所示的本发明的优点。作为示例,本发明可应用于各种压缩格式,例如MPEG和H.264。它通常可应用于使用帧内编码帧和帧间编码帧的所有压缩格式。
在上述实施例中,所使用的帧间编码帧仅仅是P帧。然而,也可对B帧使用本发明。
在上面的示例中使用的压缩值是在H.264格式中使用的量化参数。然而,压缩值可采取其它形式。例如,可给出压缩值作为预定最大压缩的百分比,因而范围从0到100%。
此外,可对GOP长度预设默认值,并在编码开始时使用压缩值。在第一图像帧被编码之后,根据上述方法设置GOP长度和压缩值。可替代地,可基于在编码开始时已经有的光水平和运动水平来设置GOP长度和压缩值。
在上面的描述中,提到最小、最大和不变GOP长度的示例值以及最大和最小压缩值的示例值。然而,可使用其它值。这些可以在编码方法或编码器***中被预设,或它们可由用户输入。可根据摄像机中的特定芯片、根据所传输的图像的目的并根据可用带宽来选择这些值。例如,对于一个芯片,如在H.264格式中使用的15-38的压缩值QP被发现是有利的,而对于另一芯片,20-40的压缩值是优选的。
类似地,已提到光水平的阈值的示例,但针对阈值,可使用其它值。这也可由用户预设或可配置。
除了上面讨论的帧速率以外的其它帧速率也是可能的。
可使用其它测量标度来确定光水平和运动水平。
本发明的方法和***对使用很多摄像机的***特别有用。然而,它们也可在只使用几个摄像机的***中被有利地使用。
本发明也可与所有类型的数字视频摄像机例如使用可见光的摄像机、IR摄像机或热摄像机一起使用。它也可应用于被布置成连接到模拟摄像机的视频编码器。
因此,本发明不应限于所示实施例,而应仅由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种对与输入视频帧序列相对应的数字视频数据进行编码的方法,其中所述输入视频帧被编码成输出视频帧序列,所述输出视频帧序列被布置为成组图片,每组图片包括帧内编码帧以及零个或多个后续帧间编码帧,
每个输入视频帧利用相应的压缩值被编码成输出视频帧,
所述输出视频帧序列中的每组图片具有由包含在该组图片中的帧的数量定义的GOP长度,
所述方法包括:
对于第一输入视频帧,确定该输入视频帧中的运动水平和光水平,
如果所述光水平低于或等于预定阈值,则利用预定不变GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码,
如果所述光水平高于所述预定阈值,则利用作为所述运动水平的减函数的GOP长度和作为所述光水平的减函数的压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。
2.如权利要求1所述的方法,其中如果所述光水平低于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最小运动水平时,利用预定最大压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。
3.如权利要求1或2所述的方法,其中如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述光水平是预定最大光水平时,利用预定最小压缩值对所述第一输入视频帧进行编码。
4.如权利要求1所述的方法,其中如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最大运动水平时,利用预定最小GOP长度对所述第一输入帧进行编码。
5.如权利要求1所述的方法,其中如果所述光水平高于所述预定阈值,则在所述运动水平是预定最小运动水平时,使用预定最大GOP长度。
6.如权利要求1所述的方法,进一步包括以作为所述运动水平的增函数的输出帧速率对所述输入视频帧序列进行编码。
7.如权利要求6所述的方法,进一步包括:
如果第二输入视频帧的运动水平与所述第一输入视频帧的运动水平相差第一阈值变化量,则将所述输出帧速率改变预定帧速率量。
8.如权利要求1所述的方法,进一步包括:
对于所述第一输入视频帧之后的第二输入视频帧,检查所述光水平相对于所述第一输入视频帧是否改变了第一阈值变化量。
9.如权利要求8所述的方法,其中如果所述光水平相对于所述第一输入视频帧未改变所述阈值变化量,则在所述第二输入视频帧的第二运动水平与所述第一输入视频帧的第一运动水平相差第二阈值变化量时,使用基于所述第二运动水平计算的GOP长度来对所述第二输入视频帧进行编码。
10.一种用于对与输入视频帧序列相对应的视频数据进行编码的数字视频编码器***,包括:
编码器模块,被布置成将输入视频帧处理成帧内编码帧或帧间编码帧,所述帧内编码帧或帧间编码帧被布置为成组图片,每组图片包括帧内编码帧以及零个或多个后续帧间编码帧,
光确定模块,被布置成确定输入视频帧中的光水平,
运动确定模块,被布置成确定输入视频帧中的运动水平,
压缩值设置模块,被布置成设置用于对输入视频帧编码的压缩值,
GOP长度设置模块,被布置成将GOP长度设置为包含在一组图片中的帧的数量,
所述GOP长度设置模块被布置成:如果所述光水平低于或等于预定阈值,则设置预定不变GOP长度,
所述压缩值设置模块被布置成:如果所述光水平低于或等于预定阈值,则设置作为所述光水平的减函数的压缩值,
所述GOP长度设置模块被布置成:如果所述光水平高于所述预定阈值,则设置作为所述运动水平的减函数的GOP长度,以及
所述压缩值设置模块被布置成:如果所述光水平高于所述预定阈值,则设置作为所述光水平的减函数的压缩值。
11.如权利要求10所述的数字视频编码器***,进一步包括被布置成设置输入视频帧被编码的帧速率的帧速率设置模块。
12.如权利要求10或11所述的数字视频编码器***,其中所述光确定模块包括照度计。
13.如权利要求10或11所述的数字视频编码器***,其中所述光确定模块被布置成确定输入视频帧中的信噪比。
14.一种包括如权利要求10所述的数字视频编码器***的摄像机。
15.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质具有指令,所述指令当被处理器执行时适于执行如权利要求1所述的方法。
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